实施知识创新工程,推动固体地球科学创新研究――中国科学院固体地球科学首批创新重要方向项目成

第19卷第4期2004年8月

地球科学进展

A DVAN CE S I N E AR T H S C I E N C E

V o l.19　N o.4

A ug.，2004

文章编号：1001-8166（2004）04-0666-05

实施知识创新工程，推动固体地球科学创新研究*———中国科学院固体地球科学首批创新重要方向项目成果简介

周少平，张金东

（中国科学院资源环境科学与技术局，北京　100864）

摘　要：中国科学院自1998年实施国家知识创新试点工程以来，于2000年在固体地球科学领域启动的首批创新重要方向项目在执行3年多以后，一批颇具显示度的重大成果已经初现端倪。这些成果主要分布在地球环境研究、古生物及其对古环境的响应研究、青藏高原地球动力学研究、大陆动力学研究等方面。研究成果促进了院地合作，产生新的苗头，提升了固体地球科学研究水平。通过这批方向项目的支持及其由此衍生出的关联项目、成果、人才，使中国科学院在固体地球科学领域的研究在新的、更高层次上获得平稳发展。

关　键　词：固体地球科学；知识创新重要方向项目；成果

中图分类号：P31 文献标识码：B

中国科学院资源环境科学与技术局于2000年启动固体地球科学领域首批15项创新重要方向项目，这些项目以若干项目群的形式聚焦于地球环境、地史时期生物及其对环境的响应、青藏高原地球动力学、中国东部大陆动力学等若干重大科学问题上。按照任务书规定，这批方向项目已经执行完毕，通过验收；主要的集成性研究成果及其影响已经初现端倪。以下通过综合集成方式介绍部分项目产生的若干“亮点”成果。

1　地球环境研究：亚洲季风环境耦合演化研究的关键问题

通过对亚洲季风环境耦合演化中的若干关键问题，如青藏高原隆升对第四纪大冰期气候发生发展和亚洲季风环境形成演变的影响等的研究为突破口，进行亚洲季风环境耦合演化综合集成研究，建立季风环境变化信息系统，探索亚洲季风环境整体耦合演化机制，为全球变化的区域响应研究开拓新思路，为西部大开发中的生态环境建设提供历史自然背景。本项目在亚洲季风演化与青藏高原阶段性隆升的综合集成方面，揭示出亚洲季风气候的演化与青藏高原的阶段性隆升以及北半球冰期气候的发展密切相关。通过中国黄土高原风尘堆积序列的研究并与印度洋和北太平洋的研究结果进行对比，将亚洲季风气候的演化划分为3个阶段：①约9～8M a

B P，亚洲季风开始出现，亚洲内陆干旱化加剧；②约

3.6～2.6M a B P，东亚冬、夏季风同时加强，亚洲内陆输送到北太平洋的粉尘增多；季风降雨增加，导致内陆湖泊广泛分布；③2.6M a B P以来，亚洲季风气候变率增大，东亚冬季风加强，东亚和印度夏季风则可能减弱。

在中新世陆相风成环境变迁序列的建立及其指示的亚洲内陆干旱化方面，通过对陇西风尘堆积系统的磁性和生物地层学研究，建立了22.0～6.2M a B P陆相风尘堆积序列的地层年代框架，从而构成迄今全球独有的完整的中新世陆相风尘环境记录。这一序列指示了非行星风系型的亚洲内陆荒漠和亚洲冬季风系统至少起源于22M a B P。当时黄土高原开始发育，黄土与古土壤的交替指示了冬、夏季风强度的变化。亚洲内陆荒漠的形成和黄土堆积的产生表明喜马拉雅—青藏高原在高度上足以阻挡来自海

*收稿日期：2004-01-05；修回日期：2004-02-20．

作者简介：周少平（1965-），男，甘肃白银人，副研究员，主要从事固体地球科学领域的科研管理工作．E-m a i l：s p z hou ＠c a s hq. a c. c n

洋的部分水汽，规模上足以改变亚洲大气环流的格局。这些研究建立了晚新生代亚洲内陆干旱化大尺度演化历史的基本框架，该历史不仅与青藏高原的隆升过程有关，而且与北极冰盖的形成演化有密切的动力学联系。

在东亚季风演化对青藏高原隆升敏感性的数值模拟方面，利用大气环流模式以青藏高原现代高度10％的间隔进行了高原隆升对亚洲季风形成演化的系列数值模拟试验研究，并在同时考虑高原地形和地球轨道参数改变的共同影响下探讨了高原地形对东亚夏季风轨道尺度变率的调制作用。东亚季风比南亚季风对高原隆起的响应更为敏感，且高原隆升对东亚冬季风的影响远大于对东亚夏季风的影响，在高原隆起达到现代高度约一半之后东亚北方地区才出现冬、夏盛行风向近于相反的季风现象。高原隆升加剧了北非及亚洲内陆的干旱化，但地形作用并不是这些干旱区形成的根本原因。同样的地球轨道参数改变引起的太阳辐射变化在有地形条件下造成东亚北方夏季风（包括风速、降水、湿度等）的变化比无地形条件下大得多，据此提出青藏高原可视为东亚季风轨道尺度气候变率的放大器。

在洞穴石笋高分辨率东亚季风气候环境变化信息的提取方面，通过对南京汤山葫芦洞多个洞穴石笋进行高精度铀系测年和上千个的氧同位素组成分析，发现最近75～11k a以来石笋的氧同位素变化与格陵兰冰芯的氧同位素变化极其相似；11～3k a B P前，由230Th测年所确定的季风气候变化与冰芯所反映的气候变化在时间上相当吻合，确认了东亚季风气候经历了千年尺度的突发性变化，格陵兰冰芯和北大西洋记录的H e i n r i c h事件在东亚季风区同样存在。同时，石笋高精度铀系测年结果所建立的年代标尺确认了G I SP2冰层计数年代与G R I P冰芯年代相比，有着较高的可靠性。并利用石笋的铀系绝对年代对原有的冰流模式计算的格陵兰冰芯年代进行了校正。根据两个序列氧同位素变化的相似性，提出北大西洋气候变化和源于热带海洋而影响东亚夏季风的经向水热输送之间存在着密切的联系。

在珠穆朗玛冰川冰芯记录的西南季风气候与环境变化方面，据远东绒布冰川40m冰芯和东绒布冰川80m冰芯的气候环境记录，恢复了近200年来区域气候环境变化。结果表明，青藏高原南缘近年来水汽的输送有减少的趋势。冰芯记录表明20世纪50～80年代草酸根离子浓度为19世纪相应浓度的3倍以上，反映了人类活动（尤其是工业化过程）对全球偏远地区环境状况的影响。通过对东绒布冰川80m冰芯主要离子序列的E O F分析及其与海平面气压场的相关分析表明，增强的冬季蒙古高压和深厚的夏季蒙古低压有利于N H＋4传输到珠峰地区。南亚气温的升高加速了N H＋4自然的排放（如植被和土壤等），而亚洲地区不断加强的人类活动（如氨肥施用量的增加和能源消耗的扩大等）是造成20世纪50年代以来东绒布冰芯N H＋4迅速升高的主要原因。

2　古生物及其对古环境的响应：辽西热河生物群以及晚新生代哺乳动物

群研究

对辽宁西部侏罗、白垩纪地层中的多门类化石进行的详细、深入研究发现迄今最早的被子植物化石，建立了藻类、孢粉、有孔虫、放射虫、双壳类、腹足类、介形类、叶肢介、昆虫、大植物等化石门类的组合序列，将含热河生物群地层的时代确定为早白垩世，并以黑龙江东部海陆交互相地层进行检验。多门类化石组合序列的建立和热河生物群时代的确立，对东亚地区非海相侏罗、白垩纪地层的划分对比以及热河生物群发生、发展的研究具有重要促进作用。

在内蒙古赤峰市宁城道虎沟地区发现一套含丰富昆虫、植物、叶肢介、有尾两栖类和翼龙类化石为主的生物群，并进行深入研究，提出这一生物群既不同于热河生物群，也有别于已知的其他中侏罗世生物群，是介于两者之间的一个新的生物类群。道虎沟生物群的发现填补了中侏罗世生物群与早白垩世生物群之间的空白，成为这两类生物群之间的一个重要链环，对揭示热河生物群起源、辐射具有重要意义。

过去发现最晚的银杏化石是在侏罗纪，在化石银杏与现生银杏之间有1亿多年的间隔，因无化石证据，其演化关系无法得到解释。2003年，周志炎等在辽西早白垩世义县组发现了银杏化石，找到了银杏演化的重要链环，揭示了古银杏的演化特征和生态特征，研究成果在N a t u r e发表后，引起国际同行的广泛关注。

生物与环境关系研究的另一项成果是晚新生代哺乳动物群演替与青藏高原隆升关系。本项研究建立了欧亚大陆最好的晚新生代地层剖面，研究区和政地区的新生代地层相当发育，保存了渐新世—全新世的连续沉积序列，这些沉积物中含有丰富的哺乳动物化石，为划分和对比和政地区的新生代地层

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第4期 周少平等：实施知识创新工程，推动固体地球科学创新研究